柔性顯示實現的關鍵技術之液晶技術

液晶是介于固體和液體之間狀態的某些有機化合物，具有各向異性的光學特性，對外界的電場、磁場和溫度感覺靈敏。液晶顯示器采用液晶作顯示材料，通過陣列的液晶光閘控制光線來顯示文字、圖形和圖像。目前，已開發出的液晶顯示器有膽甾型液晶顯示(CholestericLiquid Crystal Display, ChLCD )、頂點雙穩顯示(ZenithalBistable Display, ZBD )、鐵電液晶顯示(Surface StabilizedFerroeleclric Liquid Crystal Display, SSFLCD),聚合物分散液晶顯示(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display, PDLCD)、向列相液晶顯示(NematicLiquid Crystal Display, NCLD)等。

1.1技術原理

膽甾型液晶顯示由旋光分子組成，液晶分子的排列具有周期性螺旋結構。在沒有外加電場的狀況時，存在平面狀態與焦點圓錐狀態兩個穩定態;在平面狀態時，膽甾型液晶的周期性排列如同晶體的規則晶格排列，入射光中滿足布拉格反射條件的光波長將會形成建設性干涉，而將該波長的入射光反射回來，此時為亮狀態，由此可改變膽甾型液晶的周期改變反射顏色。在焦點圓錐狀態時，由于膽甾型液晶將呈現不規則排列，因此會敞射入射光，下面貼上吸收層則為暗態。該技術可以通過添加不同旋轉螺距的旋光劑，調配出紅、綠、藍等顏色，以滿足彩色化顯示的需求。這種顯示方式的優點:受到上下板間距的影響較小、不需要偏振片及彩色濾光片、可以被動矩陣式驅動。而膽甾型液晶達到雙穩態效應的方式有兩種，一種是表面安定型，另一種則是高分子安定型，這兩項技術都是近年來相當熱門的膽甾型液晶顯示技術。頂點雙穩態型液晶顯示器擁有與內部面板垂直或平行的液晶分子.這些液晶分子處于黑或白兩個穩定的方向之一，通過極化的電壓脈沖可以實現兩個狀態之間的轉換。這種雙穩狀態不受熱量或壓力的影響，而且一旦確定，狀態就將保持下去，即使電源關掉也不受影響。鐵電型液晶分子的排列是呈螺旋的層狀排列，當其中任兩層的液晶分子呈現相同的傾斜排列方式時，它們之間的距離稱為一個螺距。

鐵電型液晶夾在兩片間隙小于一個螺距的透明導電體之間時，邊界和液晶分子間的交互作用力使得分子的排列受到限制而無法形成螺旋的層狀排列，邊界的作用使每一層的液晶分子方向一致，液晶分子的長軸和層結構的法線方向夾角，在能量分布對稱下，液晶分子有兩種穩定狀態的選擇方式，至于液晶分子選擇哪種狀態存在，受外加電場的控制。聚合物分散型液晶工作在光散射模式與透明模式之間的切換:無電場時，液晶微滴在聚合物中隨機分布，幾乎所有液晶微滴與聚合物之間都出現折射率失配，入射光被散射，液晶膜呈現為混濁不透明狀，稱為關態;當在聚合物分散型液晶膜上施加電場時，液晶分子的指向是沿電場方向分布，此時液晶分子的折射率與聚合物的折射率相等，液晶膜表現為透明狀，即開態。向列型液晶的分子呈棒狀形剛性部分平行排列，該種液晶分子運動自由度大，是流動性最好的液晶，此類型液晶的粘度小，應答速度快，是最早被應用的液晶，普遍地應用于液晶電視、筆記本電腦以及各類型顯示元件上。

1.2 LCD用作柔性顯示的優點

目前膽甾型液晶常用作柔性顯示。該技術是雙穩態顯示技術，特點是兩個光性狀態在無外電場作用時都能夠穩定存在一段時間，在外電場作用下，兩個光性狀態可以相互轉換。由于顯示所用的兩個光性狀態在無外場的情況下是穩定的，所以不需要長時間加外場來維持顯示狀態，就有了比較省電的特點。這類顯示技術在靜態顯示方而能夠表現出省電這一優勢。另外，液晶在柔性顯示方而的研究較為成熟柔性液晶顯示器可以延續許多傳統的制造技術，比較容易切入產品市場。

1.3技術難點

液晶顯示器在工藝、設備的開發及基礎研究相當完整，且玻璃基板已屬于相當成熟的產業，加上部分產品應用在硬質塑膠基板上，現階段要將液晶的顯示模式套用在柔性塑膠基板時所需的資源相對較少。另外，液晶顯示機制上存在以下難點:膽甾型液晶顯示和聚合物分散型液晶顯示存在響應速度較慢、驅動電壓較高、對比度偏低等突出的問題;頂點雙穩態液晶柔性顯示存在難于實現全彩顯示、可視角度較窄等問題;鐵電液晶顯示響應速度快，可以實現高質量動畫顯示效果，由于鐵電液晶分子成近晶型排列，織構很容易受外界的壓力或震動破壞。由于向列相液晶圖像取決于聚合物之間的單元間隙，面板的彎曲會造成間隙改變，進而影響圖像質量，背光模塊的設計難度會大幅增加，保證屏幕亮度均勻性就顯得尤為困難。進一步研究方向是開發新液晶材料，改進驅動技術，提高柔性液晶顯示器的性能。